KR20140144235A

KR20140144235A - 방사상 유동 반응기 내에서 고체 재료를 유지하기 위한 장치 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20140144235A
Application number: KR1020147029567A
Authority: KR
Inventors: 마이클 제이 베터; 콴 위안; 폴 에이 세크라이스트
Original assignee: 유오피 엘엘씨
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2014-12-18
Also published as: CA2867492C; CN104220403B; IN2014DN07951A; WO2013192061A1; US9433909B2; AU2013277488B2; EP2864278A4; KR101668938B1; JP6285922B2; EP2864278A1; JP2015526277A; AU2013277488A1; MY165464A; CN104220403A; BR112014023624A2; US20130343961A1; CA2867492A1; BR112014023624A8

Abstract

방사상 유동 반응기들 내에서 이용하기 위한 장치가 제시된다. 그러한 장치는, 지지 부재가 사이에 결합된, 제 1 구획부 및 제 2 구획부를 포함한다. 유체의 통과를 허용하기 위해서, 제 1 구획부는 제 1 개구부 및 제 2 개구부를 포함한다. 통과하는 유체 유동의 일부를 방해하기 위해서 제 1 개구부의 상부 부분 또는 하부 부분을 가로막도록, 인접한 지지 부재들에 의해서 형성된 유동 채널 내로 배플이 연장된다.

Description

방사상 유동 반응기 내에서 고체 재료를 유지하기 위한 장치 및 그 제조 방법{APPARATUS FOR RETAINING SOLID MATERIAL IN A RADIAL FLOW REACTOR AND METHOD OF MAKING}

우선권 진술

본원은 2012년 6월 20일자로 출원된 미국 가출원 제 61/662,095 호의 이익 향유를 주장한다.

기술분야

본원 발명은, 유체가 촉매 또는 흡착제(adsorbent)의 베드(bed)를 가로질러 유동하는 교차형 또는 방사상 유동 반응기 또는 흡착기에 관한 것이다. 특히, 이는 유체의 분배 유동을 위한, 그리고 유입 스크린 또는 배출 스크린을 가로지르는 촉매 또는 흡착제의 유동을 방지하기 위한 장치를 제공하기 위한, 반응기 또는 흡착기의 내부 구성요소에 관한 것이다.

매우 다양한 프로세스들이 방사상 유동 반응기를 이용하여 유체와 고체 사이의 접촉을 제공한다. 고체는 일반적으로 촉매 재료를 포함하고, 상기 촉매 재료 상에서 유체가 반응하여 생성물을 형성한다. 프로세스들은, 탄화수소 변환, 가스 처리, 및 분리를 위한 흡착을 포함하는, 프로세스들의 범위를 커버한다.

반응기가 환형 구조를 가지도록 그리고 환형 분배 디바이스 및 수집 디바이스가 존재하도록, 방사상 유동 반응기가 구성된다. 분배 및 수집을 위한 디바이스들은 전형적으로 소정 타입의 스크린형 표면을 포함한다. 스크린형 표면은 촉매 베드들을 제 위치에서 유지하기 위한 것이고, 그리고 반응기 베드를 통한 방사상 유동을 돕기 위한 반응기의 표면에 걸친 압력의 분배를 돕기 위한 것이다. 스크린은 메시, 와이어 또는 다른 재료, 또는 펀칭된 플레이트일 수 있다. 고정형 베드 또는 이동형 베드의 경우에, 스크린 또는 메시는 베드를 통한 유체의 유동을 허용하면서도 고체 촉매 입자들의 손실을 방지하기 위한 배리어를 제공한다. 이동형 베드에서, 고체 촉매 입자들이 상단부로 부가되고 장치를 통해서 유동하며 하단부로부터 제거되는 한편, 촉매 위의 유체 유동을 허용하는 스크린드-인 엔클로저(screened-in enclosure)를 통한 통과를 허용한다. 고정형 베드에서, 촉매, 또는 흡착제가 스크린들, 또는 다른 보유 디바이스들(retention devices) 사이의 베드 내로 로딩(loading)되고, 스크린들은 촉매를 제 위치에서 유지하는 동안 유체가 촉매 위로 유동할 수 있게 허용한다. 바람직하게, 스크린은 비-반응성 재료로 구성되나, 실제적으로 스크린은 부식 및/또는 침식을 통해서 종종 일부 반응을 겪게 되고, 그리고 시간 경과에 따라 부식된 또는 침식된 스크린 또는 메시로부터 문제들이 발생된다.

스크린의 하나의 타입으로서 프로파일 와이어 스크린(profile wire screen)이 있으며, 이 경우에 프로파일 와이어가 지지부들 주위로 랩핑(wrapping)되고, 와이어가 지지부들 주위로 랩핑될 때 와이어에 대해서 미리 결정된 간격으로 셋팅된다. 이때, 스크린이 컷팅되고 편평화되고 이어서 재롤링(re-rolling)되거나 재성형(re-shaping)된다. 이러한 스크린이 US 2,046,458 및 US 4,276,265에서 제시되어 있다. 편평화되었을 때, 스크린은 프로파일 와이어들을 포함하고, 그러한 와이어들은 전형적으로 수직으로 배향되고, 지지 막대들이 프로파일 와이어들에 부착되며 프로파일 와이어들을 가로질러 그리고 그로부터 수직 방향으로 연장된다. 스크린이 유입 분배 디바이스, 또는 촉매를 포함하기 위한 다른 디바이스의 일부로서 이용될 수 있다. 유입 분배 디바이스의 하나의 타입은 국자가리비(scallop) 형상을 가지는 반응기 내부이고 US 6,224,838 및 US 5,366,704에 개시되어 있다. 국자가리비 형상 및 디자인은 방사상 유동 반응기의 유입구를 위한 가스의 양호한 분배를 제공하나, 고체들의 통과를 방지하기 위해서 스크린들 또는 메시들을 이용한다. 국자가리비 형상이 편리한데, 이는 그러한 형상이 용기 벽의 곡률과 관련한 염려 없이 반응기 내에서 용이하게 배치되는 것을 가능하게 하기 때문이다. 촉매 입자들을 베드 내에서 유지하기 위해서 이용되는 스크린들 또는 메시들은, 입자들이 통과할 수 없도록 충분히 작은 개구들을 가지도록 그 크기가 결정된다.

하나의 일반적인 접근방식에서, 프로파일 와이어 스크린(들)은, 그 중심 축 주위로 대체로 수직인 환형 반응기 내에서 수직으로 연장되는 대체로 튜브형인 또는 원통형인 형상으로 형성된다. 천공형 플레이트가 프로파일 와이어들로부터 이격될 수 있고 반응기 내의 스크린의 유체측 상에서 지지 막대들의 대향 엣지들에 연결되는 한편, 프로파일 와이어들은 전형적으로 재료측 상에 배향된다. 플레이트들은 또한 반응기 내에서 튜브형 또는 원통형 형상으로 형성 또는 배향된다. 반응기의 타입 및 반응기 내에서 스크린들이 배치되는 장소에 따라서, 플레이트들이 반응기의 중심 또는 외측 벽들에 보다 근접할 수 있을 것이다. 전술한 바와 같이, 플레이트들은 종종 복수의 개구부들을 가지는 펀칭된 또는 천공된 플레이트들을 포함한다. 지지 막대들이 개구부들의 위와 아래에 배향되고, 고체 촉매 또는 흡착제 베드에 대한 유체의 양호한 분배를 제공하기 위해서 플레이트 내의 개구부들로부터 프로파일 와이어 스크린들 내의 개구부들 또는 메시까지 유체가 유동하기 위한 채널을 제공한다. 하나의 구성에서, 반응기는, 설명된 바와 같은 내측 환형 플레이트 및 외측 환형 프로파일 와이어 스크린을 포함하는 중심파이프를 포함한다. 유체는 유입구로부터 중심파이프를 통해서 그리고 플레이트 개구부들을 통해서 그리고 스크린의 외부로 유동하여 촉매와 접촉한다.

플레이트 개구부들 및 채널들을 통해서 유동하는 유체가 젯팅(jetting)을 유발할 수 있고, 그러한 젯팅은, 스크린 및 스크린의 대향 측부 상의 고체 재료와 접촉할 때, 스크린 및/또는 고체 재료의 진동을 유발할 수 있고 프로파일 와이어 스크린의 외측 표면의 부식 또는 침식을 가속할 수 있을 것이며 고체 재료를 손상시킬 가능성이 있다는 것이 최근에 발견되었다. 이는, 장비 및 반응기 내의 촉매 또는 흡착제의 수명을 감소시킬 수 있고, 반응기의 유지보수 비용을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 반응기의 내부 구성요소들을 교환하기 위해서 필요한 중단 시간을 증가시킬 수 있을 것이다.

이러한 제약들을 극복하기 위한 반응기들의 구성은, 탄화수소의 처리 비용의 상당한 부분을 차지하는, 수리들을 위한 중단 시간 및 촉매의 손실을 상당히 줄일 수 있다.

본 발명의 목적은, 유체가 촉매 또는 흡착제의 베드를 가로질러 유동하는 교차형 또는 방사상 유동 반응기 또는 흡착기, 구체적으로 유체의 분배 유동을 위한, 그리고 유입 스크린 또는 배출 스크린을 가로지르는 촉매 또는 흡착제의 유동을 방지하기 위한 장치를 제공하기 위한, 반응기 또는 흡착기의 내부 구성요소를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 반응기 내에서 고체를 유지하기 위한 장치로서,

유체의 통과를 허용하기 위한 유체측 개구부를 가지는 대체로 수직인 유체측 구획부;

유체의 통과를 허용하기 위한 고체측 개구부를 가지는, 상기 유체측 구획부로부터 방사상으로 이격되고 유체측 구획부에 대체로 평행한, 대체로 수직인 고체측 구획부;

상기 유체측 개구부 및 상기 고체측 개구부 사이의 유체 유동 경로; 및

상기 유체측 개구부의 상부 부분을 가로막기 위해서 그리고 상기 유체 유동 경로를 따른 유체의 유동을 부분적으로 방해하기 위해서 상기 유체 유동 경로 내로 연장되는 배플

을 포함하는 장치가 마련된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 방사상 유동 반응기 내에서 고체 입자들을 유지하기 위한 구획부를 제조하는 방법으로서,

하나의 엣지 부분에서 프로파일 와이어에 결합되고 상기 프로파일 와이어로부터 대체로 수직으로 가로질러 연장되어 개구부들을 형성하는 복수의 대체로 평행한 세장형 지지 막대들에 의해서 지지되는, 복수의 대체로 평행하게 이격된 와이어들을 가지는 프로파일 와이어 스크린을 제공하는 것;

지지 막대에 결합되고 지지 막대로부터 매달리는 배플을 형성하는 것;

복수의 개구부들을 가지는 플레이트를 제공하는 것;

상기 프로파일 와이어와 상기 플레이트 사이에서 연장되도록 상기 지지 막대들을 배치하는 것으로서, 상기 플레이트가 상기 프로파일 와이어와 대체로 평행하고, 그에 따라 인접한 지지 막대들이 플레이트 개구부 및 프로파일 와이어 스크린 개구부와 유체 연통하는 유동 채널을 형성하며, 상부 지지 막대가 상기 유동 채널의 상부 표면을 형성하고 하부 지지 막대가 상기 유동 채널의 하부 표면을 형성하는 것인 지지 막대들을 배치하는 것; 그리고

통과하는 유체 유동이 배플 부분에 의해서 부분적으로 가로막히도록 상기 유동 채널의 상부 부분을 가로막기 위해서 배플의 적어도 일부를 배치하고, 상기 지지 막대들의 대향 엣지 부분을 상기 플레이트에 부착하는 것

을 포함하는 방법이 마련된다.

본 발명에 따르면, 유체가 촉매 또는 흡착제의 베드를 가로질러 유동하는 교차형 또는 방사상 유동 반응기 또는 흡착기, 구체적으로 유체의 분배 유동을 위한, 그리고 유입 스크린 또는 배출 스크린을 가로지르는 촉매 또는 흡착제의 유동을 방지하기 위한 장치를 제공하기 위한, 반응기 또는 흡착기의 내부 구성요소를 얻을 수 있다.

도 1은 반응기 구성을 도시한다.
도 2는 여러 가지 실시예들에 따라 방사상 유동 반응기 내에서 이용하기 위한 스크린의 사시도를 도시한다.
도 3은 도 2의 스크린의 측방향 횡단면도를 도시한다.
도 4는 여러 가지 실시예들에 따라 방사상 유동 반응기 내에서 이용하기 위한 플레이트를 도시한다.
도 5는 여러 가지 실시예들에 따라 방사상 유동 반응기 내에서 이용하기 위한 대안적인 플레이트를 도시한다.
도 6은 여러 가지 실시예들에 따라 방사상 유동 반응기 내에서 이용하기 위한 배플을 도시한다.

방사상 유동 반응기들은 종종 가혹한 화학적 분위기 그리고 압력 및 온도와 관련하여 극심한 작동 조건들을 생성하고, 이는 이러한 타입들의 반응기들 내의 스크린 상에서 큰 응력을 생성한다. 열적 사이클 및 촉매의 중량이 스크린의 비틀림(buckling)을 유발할 수 있다. 촉매를 유지하기 위한 보다 강한 스크린 또는 디바이스가 요구된다.

방사상 유동 반응기, 및 교차 유동(cross-flow) 시스템들은, 일반적으로, 반응기 내에서 사용되는 촉매를 수용하기 위해 스크린을 필요로 한다. 본원의 설명이 반응기 시스템과 관련하여 제공되지만, 여기에서 설명되는 장비 및 프로세스는 흡착기에, 또는 유체를 고체와 접촉시키는 데 이용되는 다른 장비에 적용될 수 있다.

촉매 챔버 내부 그리드는, 예를 들어, 하나 이상의 흡착제 베드를 챔버 내에서 지지하기 위해서 또는 개별적인 흡착제 베드들을 분리하기 위해서, 프로판의 프로필렌으로의 탈수소(dehydrogenation) 또는 이소-부탄의 이소-부틸렌으로의 탈수소와 같은, 올레핀 생산에서 현재 이용되고 있다. 현재 이용되는 그리드들은 전형적으로 프로파일 와이어 구성을 이용하여 제조된다.

도 1을 참조하면, 고체 재료의 환형 베드를 구획부들 사이에서 지지하기 위한 내측 환형 구획부 및 외측 환형 구획부를 포함하는, 일 양태에 따른 방사상 유동 반응기(10)가 도시되어 있다. 반응기(10)는 반응기 쉘(shell)(20), 중심파이프(30) 형태의 하나의 구획부, 스크린형 구획부(40) 형태의 외측 구획부, 및 고체 입자 또는 촉매 베드(50)를 포함한다. 하나의 양태에 의해서, 유체가 반응기 하단부의 유입구(32)를 통해서 반응기(10)로 진입하고 화살표(11)에 의해서 표시된 방향을 따라 중심파이프(30)를 통해서 위쪽으로 이동하도록, 반응기(10)가 구성된다. 유체가 위쪽으로 유동함에 따라, 유체의 부분들이 중심파이프를 통해서 촉매 베드(50) 내로 방사상으로 지향되고, 상기 촉매 베드에서 유체가 촉매와 접촉 및 반응하여 생성물 스트림을 형성한다. 생성물 스트림은 외측 스크린형 구획부(40)를 통해서 그리고 스크린형 구획부(40)와 반응기 쉘(20) 사이의 환형 공간(14) 내로 방사상 외측으로 유동한다. 생성물 스트림이 환형 공간(14) 내에서 수집되고 반응기 배출구(12)를 통과한다. 도 2에 도시된 다른 양태에 따르면, 유체가 유입구(13)를 통해서 진입하도록 그리고 반응기 쉘(20)과 외측 스크린형 구획부(40) 사이의 환형 공간(14)으로 진입하도록 그리고 촉매 베드(50)를 통해서 방사상 내측으로 유동하도록, 반응기가 반대 유동 패턴을 가지게 구성될 수 있을 것이며, 이 경우 유체가 촉매와 접촉 및 반응하여 생성물 스트림을 형성한다. 생성물 스트림은 중심파이프(30)를 통해서 방사상 내측으로 유동하고, 생성물 스트림은 중심파이프 내에서 수집되고 배출구(32)를 통해서 빠져나간다. 여기에서, 반응기(10) 및 유동의 다른 구성들이 또한 가능하고 고려될 수 있을 것이다.

현재 실행되는 바와 같이, 반응기가 도 1에 도시된 것과 유사한 방사상 외향 유동 구성을 포함하는 경우에, 중심파이프(30)는 외측의 촉매측 프로파일 와이어 스크린 및 내측의 유체측 천공형 플레이트를 포함한다. 외측 구획부는 또한 내측의 촉매측 프로파일 와이어 스크린 및/또는 외측의 유체측 천공형 플레이트를 포함할 수 있을 것이다. 대안으로, 반응기가 도 2의 방사상 내향 유동 구성을 포함하는 경우에, 외측 구획부(40)는 내측의 촉매측 프로파일 와이어 스크린 및 외측의 유체측 천공형 플레이트를 포함한다. 중심파이프(30)가 또한 외측의 촉매측 프로파일 와이어 스크린 및/또는 내측의 유체측 천공형 플레이트를 포함할 수 있을 것이다. 이러한 2가지 구성들 모두에서, 프로파일 스크린 와이어는, 그에 대한 유체의 젯팅 그리고 프로파일 와이어 스크린 및 촉매 중 하나 또는 양자 모두의 서로에 대한 진동을 포함하는, 응력 및 부식성 분위기에 노출되고, 이는 프로파일 와이어 스크린의 부식 및 침식을 초래할 수 있으며 촉매에 대한 손상을 초래할 수 있다.

구획부들(30 및 40)은 고체 촉매 입자의 통과를 방지하고 유체의 통과를 허용하는 임무를 수행하여야 하는 한편, 고체 입자들의 중량의 압력에 대항하여 촉매를 유지하기 위한 구조적 강도를 제공하여야 한다.

하나의 양태에 따라서, 반응기(10) 내에서 고체 재료를 유지하기 위한 장치가 도 3 및 도 4에 도시되어 있다. 장치(100)는 유체측 구획부(102) 및 촉매측 구획부(105)를 포함한다. 여기에서 설명된 바와 같이, "유체측"은, 중심파이프(30)를 통해서 또는 환형 공간(14) 내에서 유동하는 유체에 보다 근접한 것과 같이, 반응기 내의 유체에 보다 근접한 측부 또는 부분을 지칭하는 한편, "촉매측"은 반응기 내의 촉매 베드(50) 또는 다른 고체 재료 베드에 더 근접한 측부 또는 부분을 지칭한다. 여기에서 설명된 바와 같이, 장치가 중심파이프(30) 및/또는 외측 구획부(40)의 일부를 포함 또는 형성할 수 있을 것이다. 용이한 설명을 위해서, 이하는 도 1의 방사상 외향 유동 구성 반응기 내에서 중심파이프(30)의 일부로서 이용하기 위한 장치와 관련하여 설명할 것이나, 이러한 원리들 및 이러한 설명이 전술한 다른 반응기 구성들에도 적용될 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다. 원통형 구조를 가지는 것으로서 반응기 및 구성요소를 설명하는 것은, 원통형 구조뿐만 아니라, 또한 조립되었을 때, 예를 들어, 팔각형 또는 12각형의 횡단면 형상 또는 임의의 다각형 형상의 횡단면을 가지나, 원통형 구조물로서 실질적으로 처리될 수 있는, 다면형(multisided) 구조를 만드는 개별적인 평면형 구성요소들로 이루어진 구조를 포함하도록 의도된 것이다.

하나의 양태에 의해서, 유체측 구획부(102)는 이를 관통하는 개구부들(106)을 가지는 플레이트(104)를 포함한다. 반응기(10) 내에 배치될 때, 플레이트는 반응기(10)의 중심 축(17) 주위에서 환형 형태를 가지고, 예를 들어, 축(17) 주위로 나란히 외주방향으로 배치된 복수의 편평한 또는 원호형 플레이트들 또는 하나의 중공형의 원통형 플레이트 또는 튜브를 포함하는, 상이한 방식들로 형성될 수 있을 것이다. 플레이트는 또한 플레이트(104)의 두께를 통해서 연장되는 개구부(106)를 포함한다. 개구부들(106)은, 원형, 또는 플레이트 주위로 연장되는 다양한 다각형 형상들 또는 슬롯들을 포함하는, 다른 형상들일 수 있을 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 플레이트는, 플레이트(104)를 통해서 펀칭 또는 드릴 가공될 수 있는 둥근 개구부들(106)을 포함한다.

양태에 따라서, 촉매측 구획부(105)는 프로파일 와이어 스크린(108)을 포함한다. 여기에서 참조로서 포함되는 US 2,046,458 및 US 4,276,265는 프로파일 와이어 스크린의 전형적인 구조 및 제조 방법을 개시한다. 프로파일 와이어 스크린(108)은, 복수의 대체로 수직으로 배향된 그리고 수평으로 이격된 프로파일 와이어들(110), 및 프로파일 와이어들(110)을 가로질러 연장되는 복수의 대체로 수평으로 배향되고 수직으로 이격된 지지 부재들(112)을 포함한다. 지지 부재들(112)은 프로파일 와이어들(110)로부터 대체로 수직으로 연장되고 그 일 단부 부분(114)에서 프로파일 와이어들에 결합된다. 여기에서 용이한 설명을 위해서, 수평 및 수직과 같은 용어들은, 도 3에 도시된 바와 같이, 독립적인 기반 상에서 구획부들(102 및 104)을 설명하기 위해서 이용된 것임을 이해하여야 할 것이다. 그러나, 구획부들이 반응기(10) 내에서의 사용을 위해서 형성될 때 또는 환형 반응기(10) 내에 배치될 때, 수평은 외주방향 또는 방사상을 지칭할 수 있는 한편, 수직은 축방향을 지칭할 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다. 예를 들어, 반응기 내에 위치될 때, 프로파일 와이어들(110)은 일반적으로 축방향으로 배향되고 반응기(10)의 중심 축(17) 주위에서 외주방향으로 이격될 것이다. 유사하게, 수직으로 연장되는 지지 부재들(112)이 반응기의 구성에 따라서 방사상 내측으로 또는 방사상 외측으로 연장될 수 있을 것이다.

하나의 양태에 의해서, 지지 부재들(112)은 지지 막대들(114)을 포함한다. 지지 막대들(114)은 프로파일 와이어들(110)과 플레이트(104) 사이에서 대향 엣지 부분들(115 및 116)에서 결합될 수 있을 것이다. 프로파일 와이어(110) 및 지지 막대(114)는, 그들이 교차하는 곳에서, 프로파일 와이어 스크린(108)을 통해서 개구부 또는 슬롯(124)을 형성한다. 하나의 양태에 의해서, 인접한 지지 부재들의 엣지 부분들(116)이 플레이트(104)의 개구부들(106)의 위와 아래에서 수직으로 정렬된다. 이러한 방식으로, 하부 지지 부재의 상부 표면(118)과, 인접한 상부 지지 부재의 하부 표면(120)은, 플레이트 개구부(106) 및 슬롯(124)과 유체 연통하는 유체 채널(122)을 형성한다. 이러한 방식으로, 복수의 유체 유동 채널들(122)이 장치(100)를 따라서 수직으로 형성되어, 장치 또는 구획부(100), 예를 들어 중심파이프(30)를 통한 유체의 유동을 위한 유체 유동 경로를 형성한다.

하나의 양태에 의해서, 통과하는 유체의 유동의 적어도 일부를 막기 위해서 또는 방해하기 위해서, 배플(126)이 유체 유동 경로 내로 연장된다. 하나의 예에서, 배플(126)은, 반응기(10)의 유입구(32)로부터 원위에 있는 유체 유동 경로 또는 채널(12)의 상부 부분(128) 또는 하부 부분(130) 중 하나 내로 연장된다. 다시 말해서, 예를 들어, 유입구(32)가 도 1에 도시된 바와 같이 반응기의 하부 부분에 있는 경우에, 배플은 개구부(106) 또는 채널(12)의 상부 부분 내로 연장된다. 다른 예에서, 배플(126)은, 유체가 유동하는 곳으로부터의 방향으로부터 원위에 있는 유체 유동 경로 또는 채널의 상부 부분(128) 또는 하부 부분(130) 중 하나 내로 연장된다. 다시 말해서, 도 3과 관련하여, 유체가 플레이트(104)를 따라서 위쪽으로 수직 이동하는 경우에, 배플(126)은 유체 유동 경로 또는 채널(122)의 상부 부분(128) 내로 연장되어, 도 3에 도시된 바와 같이, 채널(122) 및/또는 개구부(106)의 상부 부분을 가로막는다. 다른 한편으로, 유체가 플레이트(104)를 따라서 아래쪽으로 수직 이동하는 경우에, 배플(126)은 유체 유동 경로 또는 채널(122)의 하부 부분(130) 내로 연장되어, 채널(122) 및/또는 개구부(106)의 하부 부분을 가로막는다. 놀랍게도, 배플을 이러한 방식으로 유동 채널 내에 배치하는 것에 의해서, 유체 젯팅이 감소될 수 있고, 채널(122) 내에서 그리고 프로파일 와이어들(110)을 따라서 보다 균일한 유체 속도 프로파일이 달성될 수 있으며, 그에 따라 프로파일 와이어 스크린(108) 및/또는 촉매의 진동 그리고 침식 및 부식을 유발하는 국지적인 피크 속도(peak velocity)를 감소시킬 수 있다는 것이 확인되었다.

이러한 설명이 개구부 또는 채널의 상부 부분 또는 하부 부분을 가로막는 배플을 설명하는 경우에, 이는 단독으로 또는, 지지 막대(114)와 같은 다른 구성요소와 조합되어 개구부를 가로막는 배플을 포함한다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 지지 막대(114) 및 배플(126) 모두가 개구부(106)를 부분적으로 가로막는다.

하나의 예에 의해서, 배플은 개구부(106) 및/또는 채널(122)의 상위 5 내지 70%를 가로막도록 유동 경로 내로 연장된다. 다른 예에 의해서, 배플(126)은, 개구부(106) 및/또는 채널(122)의 상위 10 내지 50%를 가로막도록 유동 경로 내로 연장된다. 또 다른 예에 의해서, 배플(126)은, 개구부(106) 및/또는 채널(122)의 상위 20 내지 30%를 가로막도록 유동 경로 내로 연장된다. 이러한 예들에서, 배플은 하나의 예에서 개구부들의 폭의 75 내지 100%를 가로막을 수 있을 것이고, 다른 예에서 개구부들의 폭의 85 내지 100%를 가로막을 수 있을 것이다.

하나의 예에 의해서, 개구부는 10 내지 25 mm의 개구부 높이를 가진다. 다른 예에서, 개구부는 11 내지 21 mm의 개구부 높이를 가진다. 또 다른 예에서, 개구부는 11 내지 13 mm의 개구부 높이를 가진다. 하나의 예에서, 배플은 개구부 높이의 상부 또는 하부의 2 내지 10 mm를 가로막는다. 다른 예에서, 배플은 개구부 높이의 상부 또는 하부의 3 내지 7 mm를 가로막는다. 하나의 예에서, 지지 막대(114)는 2 내지 10 mm의 두께를 가지고, 배플은 지지 막대로부터 수직으로 1 내지 5 mm 만큼 그리고 다른 예에서 2 내지 4 mm 만큼 연장된다.

하나의 양태에 의해서, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 배플(126)이 지지 부재에 결합되고 그로부터 수직으로 유체 유동 채널(122)의 상부 부분 및 하부 부분 중 하나 내로 연장된다. 도시된 예에서, 배플(126)은, 일반적으로 플레이트(104)에 인접하여, 지지 막대(112)의 단부 부분(116)으로부터 하향 연장된다. 다른 예에서, 배플은 개구부(106) 자체 내로 연장될 수 있을 것이다. 또 다른 예에서, 배플은 플레이트(104)로부터 멀리 거리를 두고 그리고 플레이트(104)와 프로파일 와이어(110) 사이에서 지지 부재(112)로부터 하향 연장된다. 하나의 예에 의해서, 배플(126)의 전방 면(130)은 플레이트(104)에 인접하는 것과, 플레이트와 프로파일 와이어(110) 사이의 거리의 50%인 것 사이에 배치된다. 다른 하나의 예에 있어서, 배플(126)의 전방 면(130)은 플레이트(104)에 인접한 것과 플레이트와 프로파일 와이어(104) 사이의 거리의 30%인 것 사이에 배치된다. 하나의 예에서, 배플(126)의 전방 면(130)은 플레이트의 유체측 면(132)과 프로파일 와이어(110) 사이의 거리의 10 내지 50%에 위치된다. 다른 예에 의해서, 배플(126)의 전방 면(130)은 플레이트의 유체측 면(132)과 프로파일 와이어(110) 사이의 거리의 20 내지 35%에 그리고 다른 예에서 25 내지 30%에 위치된다. 다른 예에서, 배플 오프셋 거리[플레이트의 유체측 면(132)과 배플의 전방 면(130) 사이의 거리] 대 개구부 높이 비율이 0.5 내지 1.5이고, 다른 예에서 0.75 내지 1이다. 놀랍게도, 플레이트의 전방 면과 정렬된 또는 그러한 전방 면에 매우 근접한 배플을 가지는 것 또는 플레이트의 개구부들(106)의 크기를 단순히 줄이는 것에 대비하여, 플레이트의 유체측 면(132)으로부터 오프셋된 배플 전방 면(130)을 가지는 것이, 유동 특성들을 개선하고, 국지적인 피크 속도를 감소시키며, 부식 및 침식을 감소시킨다는 것을 발견하였다.

하나의 양태에 의해서, 배플이 지지 막대들(112)에 결합되고 그로부터 연장된다. 배플(126)은 지지 막대들(112)로부터 대체로 수직으로 연장될 수 있을 것이다. 하나의 양태에 따라서, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 지지 막대들(112)이 L-형상의 횡단면을 가지고, 이때 지지 막대(112)의 하나의 레그(leg)가 프로파일 와이어 스크린으로부터 대체로 수직으로 연장되어 지지 막대의 주요 부분(134)을 형성하고, 지지 막대의 다른 레그는 지지 막대(114)로부터 하향 연장되는 배플(126)을 제공한다. 이러한 방식으로, 배플(126)은 일반적으로 플레이트(104)에 인접할 수 있을 것이다. 다른 양태에 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 지지 막대(112)는, 프로파일 와이어(110)에 결합되고 그로부터 수직으로 연장되기 위한 주요 부분(114), 및 상기 주요 부분(114)으로부터 그리고 프로파일 와이어들(110)에 대체로 평행하게 연장되어 배플(126)을 제공하는 배플 부분(126)을 가지는 T-형상의 횡단면을 가질 수 있을 것이다. 이러한 방식으로, 배플(126)이 플레이트(104)로부터 오프셋될 수 있을 것이다. 전술한 양태들 중 어느 하나에 따라서, 막대의 L-형상 또는 T-형상을 형성하기 위해서 막대를 용접 또는 벤딩(bending)하는 것을 포함하여, 지지 막대(114)는 임의의 공지된 방식으로 형성될 수 있을 것이다.

다른 양태에 의해서, 도 6에 도시된 바와 같이, 배플(200)은 플레이트(202) 자체와 일체형이다. 배플(200)은, 지지 막대(114)로부터 연장되는 다른 배플에 대해서 대안으로 또는 부가적으로 제공될 수 있을 것이다. 이러한 방식으로, 배플(200)은 개구부(204) 내로 부분적으로 연장된다. 이러한 양태에 따라서, 플레이트는, 플레이트의 유체측 면으로부터 플레이트(202)의 두께의 일부를 통해서 연장되는 제 1 부분 개구부(206)를 포함한다. 플레이트는 플레이트의 두께의 다른 부분을 통해서 플레이트의 대향 면까지 연장되는 제 2 부분 개구부(208)를 포함한다. 제 1 부분 개구부 및 제 2 부분 개구부가 교차하여, 플레이트(202)의 전체 두께를 통해서 연장되는 개구부(204)를 형성한다. 제 2 부분 개구부(208)의 상부 표면 또는 엣지 부분(210)이 제 1 부분 개구부(206)의 상부 표면 또는 엣지 부분(212) 아래로 수직으로 오프셋된다. 이러한 방식으로, 제 2 부분 개구부 엣지 부분(210) 위의 플레이트 재료의 일부가, 유체의 통과 유동의 적어도 일부를 가로막기 위한 또는 방해하기 위한 배플(200)을 제공한다. 다른 양태에 따라서, 플레이트(202)는, 예를 들어 라미네이팅(laminating)에 의해서 함께 결합되는 2개의 부분 플레이트들을 포함할 수 있을 것이다. 부분 개구부들(206 및 208)은 부분 플레이트들을 통한 개구부들일 수 있을 것이고, 플레이트는 플레이트들을 정렬시키는 것에 의해서 형성될 수 있을 것이고, 그에 따라 제 2 부분 플레이트의 제 2 부분 개구부의 상부 엣지 부분(210)이 제 1 부분 플레이트의 제 1 부분 개구부(206) 상부 엣지 부분(212) 아래에 위치될 수 있을 것이다. 이러한 방식으로, 배플(200)은 제 2 부분 개구부 상부 엣지 부분(210) 위의 제 2 부분 플레이트의 재료를 포함한다. 개구부(204) 또는 유동 채널(122)의 하부 부분을 가로막는 것이 요구되는 경우에, 배플(200)이 개구부(204)의 하부 부분에 위치되도록 반대되는 구성이 또한 여기에서 고려될 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다.

하나의 양태에 따라서, 반응기 내에서 고체 입자들을 유지하기 위한 장치를 형성하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은, 하나의 엣지 부분에서 프로파일 와이어에 결합된 복수의 대체로 평행한 세장형 지지 막대들에 의해서 지지되는 복수의 대체로 평행하게 이격된 와이어들을 가지는 프로파일 와이어 스크린을 제공하는 것을 포함한다. 지지 막대들이 프로파일 와이어로부터 대체로 수직으로 연장되어, 프로파일 와이어와 지지 막대가 교차하는 곳에서 개구부들을 형성할 수 있을 것이다. 상기 방법은, 지지 막대들에 결합되고 그로부터 연장되는 배플들을 형성하는 것을 더 포함한다. 상기 방법은 또한 복수의 개구부들을 가지는 플레이트를 제공하는 것을 포함한다. 개구부들은, 예를 들어, 플레이트의 드릴 가공, 밀링 가공, 또는 펀칭 가공에 의해서 형성될 수 있을 것이다.

일 양태에 따른 방법은, 프로파일 와이어와 플레이트 사이에서 연장되도록 지지 막대들을 배치하는 것을 포함하고, 이때 상기 플레이트는 지지 와이어에 대해서 대체로 평행하고, 그에 따라 인접한 지지 막대들이 플레이트 개구부 및 프로파일 와이어 스크린 개구부와 유체 연통하는 유동 채널을 형성한다. 이러한 방식으로, 상부 지지 막대는 유동 채널의 상부 표면을 형성하고, 인접한 하부 지지 막대는 유동 채널의 하부 표면을 형성한다. 상기 방법은, 통과하여 유동하는 유체가 배플 부분에 의해서 적어도 부분적으로 가로막히도록 유동 채널의 상부 부분 및 하부 부분 중 하나를 가로막기 위해서 배플의 적어도 일부를 배치하는 것을 더 포함한다. 상기 방법은, 또한 구획부 또는 장치를 형성하기 위해서, 프로파일 와이어와 플레이트 사이에서 지지 막대들을 연결하는 것을 포함한다. 배플들을 형성하는 것은, 양태에 따라서, 지지 막대들의 엣지 부분을 하향 벤딩하여, L-형상의 횡단면의 하나의 레그를 포함하는 배플을 가지는 지지 막대들의 대체로 L-형상의 횡단면을 형성하는 것을 포함한다. 다른 한편으로, 비제한적으로, 용접 또는 다른 수단을 통해서 배플을 지지 막대에 부착하는 것을 포함하여, 지지 막대로부터 연장되는 배플을 형성하기 위한 다른 방법들이 이용될 수 있고, 배플은 지지 막대의 엣지 부분들 중간에 형성될 수 있을 것이며, 그에 따라 대체로 T-형상의 횡단면을 가지는 지지 막대를 제공할 수 있을 것이다.

하나의 양태에 의해서, 배플이 지지 막대로부터 하향 연장되도록 형성될 수 있고 플레이트 개구부에 결합될 때 플레이트 개구부의 상부 부분을 가로막도록 정렬될 수 있을 것이다.

다른 양태에 따르면, 여기에서 대체적으로 설명된 바와 같은 장치 또는 구획부를 형성하는 방법은, 가상의 다각형의 정점들을 형성하기 위해서 서로에 대해서 대체로 평행하게 T-형상의 그리고 L-형상의 횡단면 중 하나를 가지는 복수의 세장형 지지 막대들을 배치하는 것을 포함한다. 이러한 방법은, 지지 막대들의 하나의 부분 또는 레그가, 형성될 프로파일 와이어 스크린 실린더와 관련하여 대체로 방사상 내측으로 연장되도록, 그리고 L-형상의 지지 막대의 다른 레그 또는 T-형상의 지지 막대의 하부가 실린더에 대해서 대체로 접선방향으로 연장되도록, 지지 막대들을 정렬시키는 것을 포함할 수 있을 것이다. 그러한 방법은, 지지 막대들의 엣지 부분을 따라서 그 길이로 프로파일 와이어를 지지 막대들 주위로 아래쪽으로 나선형으로 권취하는 것을 포함한다. 각각의 코일이 인접한 코일들로부터 이격되고 지지 막대들에 대해서 결합된다. 이러한 방식으로, 대체로 원통형인 프로파일 와이어 스크린이 형성된다. 이러한 방법은, 지지 막대들 중 2개 사이에서 그리고 그에 대체로 평행하게 프로파일 와이어를 컷팅하는 것, 그리고 프로파일 와이어 스크린을 개방하는 것을 더 포함한다. 프로파일 와이어들이 대체로 수직으로 연장되도록 그리고 L-형상 지지 막대의 다른 레그 또는 T-형상 지지 막대의 하부 부분이 프로파일 와이어에 대해서 대체로 평행하게 연장되어 배플을 형성하도록, 프로파일 와이어 스크린이 편평화 및 배치될 수 있을 것이다.

이러한 양태에 따라서, 상기 방법은 또한 관통하여 연장되는 복수의 개구부들을 가지는 전술한 바와 같은 플레이트를 제공하는 것을 포함할 수 있을 것이다. 상기 방법은 또한, 배플들이 지지 막대로부터 수직으로 멀리 개구부의 상부 부분 또는 하부 부분을 부분적으로 가로막도록 프로파일 와이어 스크린 및 플레이트를 배치하는 것을 포함한다. 이때, 형성된 구획부는 반응기 내에 위치되는 대체로 원통형인 형상으로 형성될 수 있을 것이다. 예를 들어, 복수의 그러한 구획부들이 형성될 수 있을 것이고 원호형 배치로 나란히 배치될 수 있을 것이며, 또는 하나 이상의 구획부들이 곡선화되어 대체로 원통형인 구획부를 형성할 수 있을 것이다.

또 다른 양태에 따라서, 방사상 유동 반응기 내에서 고체를 유지하기 위한 구획부를 제조하는 방법은, 두께를 가지는 플레이트를 제공하는 것 그리고 플레이트 두께의 제 1 부분을 통해서 플레이트의 일측 상에 부분 개구부를 형성하는 것을 포함한다. 형성된 제 1 부분 개구부는 제 1 수직 높이에서 상부 엣지 부분 또는 표면을 포함한다. 상기 방법은, 제 1 부분 개구부 및 제 2 부분 개구부가 교차하여 유체가 통과하여 유동할 수 있는 완전한 개구부를 형성하도록, 제 1 상부 표면 아래에 제 2 상부 표면을 가지는 플레이트 두께의 제 2 부분을 통해서 플레이트의 대향 측부 상에 제 2 부분 개구부를 형성하는 것을 포함한다. 상기 제 2 상부 표면 위의 플레이트 부분은 제 1 개구부의 상부 부분을 가로막기 위한 배플을 형성한다. 그러나, 대안으로, 용이하게 이해될 수 있는 바와 같이, 제 1 개구부의 하부 부분에 배플을 형성하도록 상기 방법이 실시될 수 있을 것이다. 하나의 양태에 의해서, 상기 방법은, 플레이트의 두께의 제 1 부분을 통해서 플레이트의 일측으로부터 플레이트 재료를 제거하는 것 그리고 두께의 제 2 부분을 통해서 플레이트의 타측으로부터 플레이트 재료를 제거하는 것에 의해서, 제 1 부분 개구부 및 제 2 부분 개구부를 형성하는 것을 포함한다. 다른 양태에서, 제 2 부분 개구부는, 제 1 부분 개구부를 통해서 재료를 제거하는 것에 의해서 플레이트 재료의 제 2 부분을 통해 보다 작은 개구부를 형성함으로써 형성된다. 또 다른 양태에 의해서, 제 1 부분 개구부 및 제 2 부분 개구부는 복수의 부분 플레이트들 내에 형성될 수 있을 것이고, 부분 플레이트들이 정렬되어, 예를 들어, 부분 플레이트들을 함께 라미네이팅하는 것을 통해서, 배플을 형성하고 함께 결합할 수 있다.

구체적인 실시예들과 관련하여 이러한 설명을 제공하였지만, 이러한 설명이 개시된 실시예들로 제한되지 않고, 첨부된 청구항들의 범위 내에 포함되는 여러 가지 변경들 및 균등 구성을 포괄하도록 의도되었다는 것을 이해하여야 할 것이다.

10 : 반응기
11 : 화살표
12 : 배출구
14 : 환형 공간
17 : 중심 축
20 : 반응기 쉘
30 : 중심파이프
32 : 유입구
40 : 구획부
50 : 촉매 베드

Claims

반응기 내에서 고체를 유지하기 위한 장치로서,
유체의 통과를 허용하기 위한 유체측 개구부를 가지는 대체로 수직인 유체측 구획부;
유체의 통과를 허용하기 위한 고체측 개구부를 가지는, 상기 유체측 구획부로부터 방사상으로 이격되고 유체측 구획부에 대체로 평행한, 대체로 수직인 고체측 구획부;
상기 유체측 개구부 및 상기 고체측 개구부 사이의 유체 유동 경로; 및
상기 유체측 개구부의 상부 부분을 가로막기 위해서 그리고 상기 유체 유동 경로를 따른 유체의 유동을 부분적으로 방해하기 위해서 상기 유체 유동 경로 내로 연장되는 배플
을 포함하는 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 유체측 개구부 및 상기 고체측 개구부와 유체 연통하는 유체 유동 채널을 사이에 형성하기 위해서, 상기 유체측 개구부 위에 대체로 배치되는 단부 부분을 가지는, 상기 유체측 구획부와 상기 고체측 구획부 사이에 결합된 제 1 지지 부재, 그리고
상기 유체측 개구부 아래에 대체로 배치되는 단부 부분을 가지는, 상기 유체측 구획부와 상기 고체측 구획부 사이에 결합된 제 2 지지 부재
를 더 포함하고, 상기 배플은, 상기 유체의 관통 유동을 방해하기 위해서, 상기 제 1 지지 부재로부터 상기 유체 유동 채널의 상부 부분 내로 매달리는 것인 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 배플은 상기 제 1 지지 부재에 부착되는 것인 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 제 1 지지 부재는 L-형상의 지지 막대이고, 상기 배플은 상기 L-형상의 지지 막대의 하나의 레그(leg)를 포함하는 것인 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 유체측 개구부의 상위 5% 내지 상위 70% 사이를 가로막도록 상기 배플이 하향 연장되는 것인 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 배플은, 상기 유체측 구획부에 인접한 것과, 상기 유체측 구획부와 상기 고체측 구획부의 중간 사이에 배치되는 것 사이에 위치하는 것인 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 유체측 개구부가 10 내지 25 mm의 높이를 가지고, 상기 배플이 상기 유체측 개구부의 상부 부분의 2 내지 10 mm를 가로막는 것인 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 고체측 구획부가 프로파일 와이어 스크린을 포함하고, 상기 유체측 구획부가 천공형 플레이트를 포함하는 것인 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 유체측 구획부는 두께를 가지는 플레이트를 포함하고, 상기 유체측 개구부는,
제 1 높이에서 상부 제 1 개구부 엣지 부분을 가지는 상기 플레이트의 두께를 통해서 부분적으로 연장되는 플레이트의 일측 상의 제 1 부분 개구부, 및
상기 배플이 상부 제 2 개구부 엣지 부분을 포함하도록 상기 제 1 높이보다 낮은 제 2 높이에서 상기 상부 제 2 개구부 엣지 부분을 가지고 전체 플레이트 두께를 통해서 연장되는 유체측 개구부를 제공하기 위해서 상기 제 1 부분 개구부와 교차하는 플레이트의 대향 측부 상의 제 2 부분 개구부
를 포함하는 것인 장치.
방사상 유동 반응기 내에서 고체 입자들을 유지하기 위한 구획부를 제조하는 방법으로서,
하나의 엣지 부분에서 프로파일 와이어에 결합되고 상기 프로파일 와이어로부터 대체로 수직으로 가로질러 연장되어 개구부들을 형성하는 복수의 대체로 평행한 세장형 지지 막대들에 의해서 지지되는, 복수의 대체로 평행하게 이격된 와이어들을 가지는 프로파일 와이어 스크린을 제공하는 것;
지지 막대에 결합되고 지지 막대로부터 매달리는 배플을 형성하는 것;
복수의 개구부들을 가지는 플레이트를 제공하는 것;
상기 프로파일 와이어와 상기 플레이트 사이에서 연장되도록 상기 지지 막대들을 배치하는 것으로서, 상기 플레이트가 상기 프로파일 와이어와 대체로 평행하고, 그에 따라 인접한 지지 막대들이 플레이트 개구부 및 프로파일 와이어 스크린 개구부와 유체 연통하는 유동 채널을 형성하며, 상부 지지 막대가 상기 유동 채널의 상부 표면을 형성하고 하부 지지 막대가 상기 유동 채널의 하부 표면을 형성하는 것인 지지 막대들을 배치하는 것; 그리고
통과하는 유체 유동이 배플 부분에 의해서 부분적으로 가로막히도록 상기 유동 채널의 상부 부분을 가로막기 위해서 배플의 적어도 일부를 배치하고, 상기 지지 막대들의 대향 엣지 부분을 상기 플레이트에 부착하는 것
을 포함하는 방법.